[發明專利]一種渦輪葉片主導邊雙面異步激光沖擊強化方法

有效

• 申請號: 201710065831.0
• 申請日: 2017-02-06
• 公開（公告）號: CN106893855B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 魯金忠;段海峰;盧海飛;羅開玉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種渦輪葉片主導邊雙面異步激光沖擊強化方法，其特征在于：采用相同波長、脈寬、光斑直徑、脈沖能量的兩束激光束異步對渦輪葉片主導邊進行雙面激光沖擊強化，即用一束激光束沿葉片主導邊正面進行激光沖擊強化，延遲一段時間t后在相同位置采用另一束相同參數的激光束在背面進行激光沖擊強化，葉片主導邊正面和背面激光沖擊強化的起始點和沖擊路徑相同；對于主導邊同一位置正面和背面兩束激光的時間差小于正面沖擊波傳播到葉片背面所需的時間且正面激光束在先，依照這種雙面異步沖擊方法連續對葉片進行激光沖擊強化，直至葉片主導邊正面和背面全部沖擊區域沖擊完成；

具體步驟如下：

(1)根據渦輪葉片的材料和厚度確定其主導邊雙面異步激光沖擊強化的延遲時間t；

(2)用激光束對渦輪葉片主導邊正面進行激光沖擊強化；

(3)葉片主導邊正面激光沖擊強化的起始點沖擊后開始計時，延遲t秒后，第二束激光束開始對葉片主導邊背面相同位置進行激光沖擊強化；

(4)依照這種雙面異步沖擊方法連續對葉片主導邊進行激光沖擊強化，直至葉片主導邊正面和背面全部沖擊區域沖擊完成，整個激光沖擊強化過程結束；

步驟(1)中，渦輪葉片主導邊雙面異步激光沖擊強化的延遲時間t取為0<t<t₀，從而使得激光在正面和背面誘導的沖擊波在葉片內部距葉片正面處相遇，其中L為葉片厚度，C₀為應力波的波速；t₀為材料內部產生的應力波傳播到材料底部的時間，t₀＝L/C₀，式中E為彈性模量，υ為泊松比，ρ為渦輪葉片材料密度；

激光沖擊強化峰值壓力P滿足2V_HEL<P<2.5V_HEL時，工件可以獲得最大的塑性變形，為獲得更好的激光沖擊強化效果，使沖擊波峰值壓力滿足2V_HEL<P<2.5V_HEL，且光斑邊緣的壓力值P(R)>V_HEL，從而使葉片獲得最大的塑性變形；V_HEL為葉片材料的Hugoniot彈性極限(HEL)，V_HEL滿足公式：式中，υ為泊松比；為葉片材料在動態載荷下的屈服強度。

2.如權利要求1所述的一種渦輪葉片主導邊雙面異步激光沖擊強化方法，其特征在于：步驟(2)中，激光沖擊強化加工參數為：激光能量1-50J，激光脈寬10-40ns、重復頻率0.5-10Hz；光斑直徑D＝1-6mm。

3.如權利要求1所述的一種渦輪葉片主導邊雙面異步激光沖擊強化方法，其特征在于：激光沖擊強化峰值壓力由下式得出

其中，α為內能的分配系數，取為0.1，I₀為激光功率密度，E為激光能量(J)，d為光斑直徑(cm)，τ為激光脈寬(ns)，Z為折合聲阻抗，Z_target為靶材聲阻抗，Z_overlay為約束層聲阻抗，滿足

4.如權利要求1所述的一種渦輪葉片主導邊雙面異步激光沖擊強化方法，其特征在于：激光光強服從高斯分布，壓力脈沖的時空分布情況用如下準高斯公式表示：P(x,y,t)＝Pexp[-(x²+y²)/2R²]，式中，x，y為表面坐標，R為光斑半徑。

5.如權利要求1所述的一種渦輪葉片主導邊雙面異步激光沖擊強化方法，其特征在于：葉片主導邊正面和背面激光沖擊強化的橫向、縱向搭接率均為50％。